幅度调制就是载波的振幅受到调制信号的控制作周期性的变化。变化的周期与调制信号周期相同。即振幅变化与调制信号的振幅成正比。通常称高频信号为载波信号,低频信号为调制信号,调幅器即为产生调幅信号的装置。
本实验采用集成模拟乘法器1496来构成调幅器,图4-1为1496芯片内部电路图,它是一个四象限模拟乘法器的基本电路,电路采用了两组差动对由Vl-V4组成,以反极性方式相连接,而且两组差分对的恒流源又组成一对差分电路,即V5与V6,因此恒流源的控制电压可正可负,以此实现了四象限工作。D、V7、V8为差动放大器V5、V6的恒流源。进行调幅时,载波信号加在V1-V4的输入端,即引脚的⑧、⑩之间;调制信号加在差动放大器V5、V6人的输入端,即引脚的①、④之间,②、③脚外接 I KΩ电阻,以扩大调制信号动态范围,已调制信号取自双差动放大器的两集电极(即引出脚⑥、○12之间)输出。
用1496集成电路构成的调幅器电路图如图5-2所示,图中RP1用来调节引出脚①、④之间的平衡,RP2用来调节⑧、⑩脚之间的平衡,三极管V为射极跟随器,以提高调幅器带负载的能力。
五、实验内容 实验电路见图4-2
1.直流调制特性的测量
(1)调Rp2电位器使载波输入端平衡:在调制信号输入端IN2加峰值为100mv,频率为1KHz的正弦信号,调节RP2电位器使输出端信号最小,然后去掉输入信号。
(2)在载波输入端 IN1加峰值VC为10mV, 频率为100KHz的正弦信号,用万用表测量A、B之间的电压VAB,用示波器观察OUT输出端的波形,以VAB=0.1V为步长,记录RP1由一端调至另一端的输出波形及其峰值电压,注意观察相位变化,根据公式V0=KVABVC(t)计算出系数K值,并填入表4.1。
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VAB V0(p-p) K
表4.1
2.实现全载波调幅
(1)调节 Rp1使 VAB=0.1V,载波信号仍为 Vc(t)=10sin2π*105t(mV),将低频
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信号Vs(t)=Vssin2π *10(tmV)加至调制器输入端 IN2,画出V=30mV和100mV时的调幅波形(标明峰一峰值与谷一谷值)并测出其调制度m。
(2)加大示波器扫描速率,观察并记录 m=100%和m>100%两种调幅波在零点附近的
波形情况。
(3)载波信号Vc(t)不变,将调制信号改为Vs(t)=100sin2π* 103t(mV)调节 Rp1
观察输出波形 VAM(t)的变化情况,记录 m=30%和m=100%调幅波所对应的 VAB值。
(4)载波信号Vc(t)不变,将调制信号改为方波,幅值为100mV,观察并记录
VAB=0V、0.1V、0.15V时的已调波。
3.实现抑制载波调幅
(1)调 Rpl使调制端平衡,并在载波信号输入端 IN1加Vc(t)=10sin2π*105t(mV)
信号,调制信号端IN2不加信号,观察并记录输出端波形。
(2)载波输入端不变,调制信号输入端 IN2加Vs(t)=100sin2π*103t(mV)信号,
观察记录波形,并标明峰一峰值电压。
(3)加大示波器扫描速率,观察记录已调波在零点附近波形,比较它与m=100%调幅
波的区别。
(4)所加载波信号和调制信号均不变,微调Rp2为某一个值,观察记录输出波形。 (5)在(4)的条件下,去掉载波信号,观察并记录输出波形,并与调制信号比较。
六、实验报告要求
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1.整理实验数据,用坐标纸画出直流调制特性曲线。
2.画出调幅实验中 m=30%、m=100%、m>100%的调幅波形,在图上标明峰一峰值电压。
3.画出当改变VAB时能得到几种调幅波形,分析其原因。
4.画出100%调幅波形及抑制载波双边带调幅波形,比较二者的区别。 5.画出实现抑制载波调幅时改变Rp2后的输出波形,分析其现象。
实验五 丙类高频功率放大器
特别提示:
1.本电路的核心是谐振功率放大器,因此,实验前必须认真玉溪有关教材,熟悉谐振功率放大器的基本特性,实验中所有调整过程,无一不是以理论为基础的。 2.认真阅读本实验指导书,特别是对于画有波浪线的文字,是严重要给予关注。
一、实验目的
1.通过实验,加深对于高频谐振功率放大器工作原理的理解。
2.研究丙类功率放大器的负载特性,观察三种状态的脉冲电流波形。
3.了解基极偏置电压、集电极电压、激励电压的变化对于工作状态的影响。 4.掌握丙类高频谐振功率放大器的计算与设计方法。
二、预习要求
1.复习高频功率谐振放大器原理及特点。
2.分析图5-1所示的实验电路,了解电路特点。
三、电路特点及实验原理简介 1.电路特点
本电路的核心是谐振功率放大器,在此电路的基础上,将音频调制信号加入集电极回路中,利用谐振功率放大电路的集电极调制特性,完成集电极调幅实验,当电路的输出负载为天线回路时,就可以完成无线电发射任务。为了使电路稳定,易于调整,本电路设置了独立的载波振荡源。
2.高频谐振功率放大器的工作原理
参见图5-1。
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谐振功率放大器是以选频网络为负载的功率放大器,它是在无线电发送中最为重要、最为难调的单元电路之一。根据放大器电流导通角的范围可分为甲类、乙类、丙类等类型。丙类功率放大器导通角θ<90°,集电极效率可达到80%,一般用作末级放大,以获得较大的功率和较高的效率。
图5-1中,Vbb为基极偏压,Vcc为集电极直流电源电压。为了得到丙类工作状态,Vbb应为负值,即基极处于反向偏置。Ub为基极激励电压。图5-2示出了晶体管的转移特性曲线,以便用折线法分析集电极电流于基极激励电压的关系。Vbe是晶体管发射结的起始电压(或称转折电压)。由图可知,只有在Ub的正半周,并且大于Vbb和Vbe绝对值之和时,才有集电极电流流通。即在一个周期内,集电极电流ic只在-θ~ +θ时间内导通。由图可见,集电极电流是尖顶余弦脉冲,对其进行傅立叶级数分解可得到它的直流基波和其它各次谐波分量的值,即: Ic=Ico+Ic1mcost+Icmcos2t+??+Icnmcosnt+?? cosθ=Vbc+Vbb/Ubm
求解方法在此不再叙述。为了获取较大功率和有较高功率,一般取θ=70°~80°左右,完整电路图见图5-3。
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图中,V1、V2构成了独立的石英晶体振荡电路,为实验提供了稳定的载波信号,大大方便了电路的调整。V2为推动级,为末级功放电路提供足够的激励电压。V4构成丙类谐振放大电路。为了能较好的演示功放电路的负载特性,较为方便的观察脉冲电流,本电路采用了独立的偏置电路,由Rp2、R15、R14构成的分压器对—12V进行分压,为功放级提供适当的负偏压,确保状态在丙类状态。RL为负载电阻,再负载电阻和功放电路集电极之间采用变压器电路,以完成负载和集电极之间阻抗变换。在功效输出级电路设置了三个跳线短路端子J2、J3和J4。J3可完成+12V电源和+6~9V可条电源之间的转换,以观察集电极调制特性以及完成调幅电路的实验。J2是为了观察负载特性而设置的,当J2断开时,在R16上可直接观察到脉冲电流波形,从而可较为直观的观察负载的特性,便于加深对于谐振功率放大电路的理解。而J2短接时,可得到稍大一些的输出电压。J4是为了在集电极回路中加入低频调制信号而设置的。
3.高频功放电路的调谐与调整原则
理论分析证明,当谐振功放大器集电极回路中加入低频调制信号频率处于谐振状态时(此时集电极负载为纯电阻状态),集电极直流电流Ico为最小,回路电压UL最大,且同时发生。然而,由于晶体管在高频工作状态时,内部电容Cbe的反馈作用明显,上述Ico最小、回路电压UL最大的现象不会同时发生。因此,本实验电路,不单纯采用监视Ico的方法,而采用同时监视脉冲电流ic的方法调谐电路。由理论分析可知,当谐振放大器工作于欠压状态时,ic是尖顶脉冲,工作于过压状态时,ic是凹顶脉冲,而当处于临界状态时工作时,ic是一平顶或微凹陷的脉冲。这也正是高频谐振功率放大器的设计原则,即在最佳负载条件下,使功率放大器工作于临界状态,以获取最大的输出功率和较大的工作效率。本电路的最佳负载为75Ω。因此调试时也应以此负载为调试基础。
四、实验仪器
1.双踪示波器 2.万用表
3.实验板G2F(高频功放及发射实验电路板)
五、实验内容及步骤
1.按图接好实验板所需电源,(±12V)。[-Vbb接-12V] 2.功放级静态工作点的调整
A.用短路环将J3的1、2端和J4的2、4端短路,以使=12V电源直接提供给功放输出级的集电极回路。(注意此时一定要J5或J1保持开路状态,否则,静态工作点将受到本振电压的影响。)
B.用万用表测试V4的基极电压。调整Rp2,使V4B=-0.3V左右。 3.调整载波振荡源
接通J5,以给载波振荡电路加电。J1仍保持开路状态,然后在测试点M1处接入示波器,以观察振荡波形。调整Rp1,使载波振荡源输出U0=1V左右。 4.推动级的调整
用短路环短接J1,使载波振荡信号[f0=6.5MHz,U0≈1Vpp]通过C9接至晶体管V3的基极。在M2端用示波器观察推动级的输出波形,由于功放级输入端阻抗元件的影响,波形为一失真的正弦波,此时不必要很多调整工作,只要证实推动级已经工作即可。
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